KR20060024312A - 초전도 자기 분리에 의한 폐수 처리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 자기 필터를 효율적으로 세척할 수 있는 초전도 자기 분리기를 사용하는 폐수 처리 시스템을 제공하는 것이다. 상기 시스템은, 초전도 자석의 보어 내에, 복수의 단일 유닛 자기 필터로 구성되는 착탈 가능하게 조립된 멀티 유닛 자기 필터를 포함한다. 상기 멀티 유닛 자기 필터는 상기 초전도 자석의 종방향 길이와 적어도 같거나 그보다 큰 총 종방향 길이를 갖는다. 초전도 자석의 여기 동안에, 멀티 유닛 자기 필터의 하류 쪽(청수 쪽)으로부터 하나의 단일 유닛 자기 필터를 밀어 넣음으로써, 상류 쪽(오수 쪽)으로부터 단일 유닛 자기 필터가 분리되고, 세척된 다음, 하류 쪽으로 다시 복귀된다.

자기 부가 수단, 초전도 자기 분리 수단, 초전도 자석, 멀티 유닛 자기 필터, 단일 유닛 자기 필터, 이송 및 세척 수단, 흡착제, 처리 탱크.

Description

초전도 자기 분리에 의한 폐수 처리 시스템{WASTEWATER TREATMENT SYSTEM BY SUPERCONDUCTING MAGNETIC SEPARATION}

본 발명은 초전도 자기 분리에 의한 폐수 처리 시스템에 관한 것으로서, 특히 솔레노이드형 초전도 자기 분리기를 이용하여 폐수를 정화하는 폐수 처리 시스템에 관한 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "폐수 처리"는 또한 정수 플랜트에서의 개선된 또는 고수준 정화 처리, 및 지하수, 강물, 해수 등의 개선된 처리를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 용어 "폐수"는 여러 가지 형태의 공장, 실험 시설, 연구소, 학교 플랜트, 가정 설비 등으로부터 배출되는 폐수 또는 물만이 아니고, 정수 플랜트 또는 오수 처리 플랜트 등에 의해 처리될 지하수, 강물, 해수 및 물을 뜻하는데, 즉, 광의로서 "분리되어야 할 물질을 포함하는 물"을 뜻한다.

공장 등으로부터 나온 폐수는 환경 보호 및 자원 재활용의 관점에서 폐수로부터 분리되어야 할 여러 가지 형태의 물질을 포함한다. 예로서, 재활용 종이 제조 플랜트로부터 배출된 폐수는, 사용된 종이에 포함된 염료 및 안료, 접착제에 포함된 유기물질, 종래의 폐수 처리 동안에 첨가된 응고제 등과 같이 분리되어야 할 많은 물질을 포함할 수 있다. 이러한 물질들은 COD(화학적 산소 요구량)를 상승시 키는 원인 물질이기 때문에, 그러한 물질의 배출은 근래에 환경 보호를 위해 엄격하게 규제되었다. 마찬가지로, COD의 지수만이 아니라 BOD(생화학적 산소 요구량) 및 TOC(총 유기 탄소)의 지수도 참조하여, 이러한 지수를 상승시키는 원인 물질의 배출은 환경 보전의 관점에서 규제되어야 한다.

종래의 폐수 처리에서, 응고제를 사용하는 통상적인 처리 후에, 활성화된 슬러지(sludge)를 사용하는 생물학적 처리가 수행된다. 구체적으로는, 폐수에 포함된 유기물질이 여러 가지 박테리아 또는 유기체(활성화된 슬러지)의 집합체에 의해 분해된 다음에 배출된다.

본 특허출원의 발명에 관련된 종래 기술의 문헌은, 예로서, 일본 특허공보 2002-292565, 일본 특허공보 2002-210311, 일본 특허공보 2002-180101, 일본 특허공보 2002-292305, 일본 특허공보 2002-316068, 일본 특허공보 2002-316069, 및 일본 특허공보 2002-316067을 포함한다.

활성화된 슬러지를 사용하는 종래의 생물학적 처리는 생물학적 처리의 느린 처리 속도로 인해 대규모의 시설 및 큰 설치 면적이 요구된다는 문제점과, 활성화된 슬러지를 효율적으로 사용하기 위해 조건을 제어하는 데에 복잡한 기술이 필요하다는 문제점을 포함한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 활성화된 슬러지에 의한 폐수 처리와 관련되 상기 문제점을 해결할 수 있고, 저비용, 작은 공간, 고효율 및 고속으로 개선된 처리를 가능하게 하는 폐수 처리 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 종래의 범용 초전도 자기 분리기에서, 자기 필터를 세척하기 위해, 자기 필터를 역세척하거나 또는 필터를 분리하여 세척한 다음 재장착하기 위해 초전도 자석을 잠시 정지시켜야만 하고, 그런 다음 자석을 다시 여기시켜야만 한다. 그 결과, 시간, 비용 및 작동의 면에서 매우 비효율적이다.

따라서, 본 발명의 또 다른 목적은 자기 필터가 효율적으로 세척될 수 있는 초전도 자기 분리기를 사용하는 폐수 처리 시스템을 제공하는 것이다.

상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명은, 분리되어야 할 물질에 자기가 부가되고, 상기 물질이 솔레노이드형 초전도 자석에 의해 폐수로부터 분리되는 폐수 처리 시스템에 있어서, 분리되어야 할 물질에 대한 자기의 부가는 상기 물질을 자기-시드된(magnetism-seeded) 다공성 물질, 활성화된 탄소, 또는 흡착제로서 사용되는 캐리어에 부착시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템을 제공한다.

본 발명에 따른 폐수 처리 시스템에 사용되는 초전도 자기 분리기는, 상기 초전도 자석의 보어 내에, 복수의 단일 유닛 자기 필터로 구성되는 착탈 가능하게 조립된 멀티 유닛(또는 멀티 스테이지) 자기 필터를 포함할 수 있으며, 상기 멀티 유닛 자기 필터는 상기 초전도 자석의 종방향 길이와 적어도 같거나 그보다 큰 총 종방향 길이를 갖는다. 그러한 구조는, 상기 멀티 유닛 자기 필터의 하류 쪽(청수 쪽)으로부터 하나의 단일 유닛 자기 필터를 밀어 넣음으로써 상류 쪽(오수 쪽)으로부터 하나의 단일 유닛 자기 필터를 분리하고, 상기 초전도 자석의 여기 동안에 상기 분리된 필터를 세척하여 상기 하류 쪽으로 다시 복귀시키는 것이 가능하다는 이 점을 제공한다.

상기 시스템은, 흡착 작용 하에 처리 탱크 내에서 상기 자기 흡착제에 폐수 중의 분리되어야 할 상기 물질을 부착시킴으로써, 상기 물질에 자기가 부가되고, 자기 필터는 동일한 처리 탱크 내에서 세척되어, 상기 자기 필터에 부착된 흡착제는 릴리스되고 상기 처리 탱크로 직접 복귀될 수 있다. 그러한 구성에서, 생물학적 활성화된 탄소와 같은 미생물 부착 캐리어가 역시 흡착제로서 사용될 수 있다. 미생물 부착 캐리어를 사용하는 생분해에 의한 그러한 정수 처리는 "미생물 고정화 방법에 의한 폐수 처리"라고도 지칭된다.

또한, 본 발명에 따른 폐수 처리 시스템에 사용된 초전도 자기 분리기는 서로 연결되고 상기 초전도 자석의 보어를 통해 종방향으로 이동 가능한 한 쌍의 자기 필터를 포함할 수 있어, 교대적 사용을 위해 자기 필터를 스위칭하여, 하나의 자기 필터가 상기 보어 내에서 자기 분리를 위해 사용되는 동안에, 다른 자석 필터는 상기 보어 밖에서 역세척될 수 있다.

(본 발명의 이점)

폐수 중의 분리되어야 할 물질에 자기를 부가하는 자기 부가 수단, 및 자기 부가된 물질을 솔레노이드형 초전도 자석에 의해 발생된 자장을 통해 수집함으로써, 상기 물질을 상기 폐수로부터 분리하는 초전도 자기 분리 수단을 포함하는 폐수 처리 시스템에 있어서, 상기 자기 부가 수단은, 상기 물질을 자기-시드된(magnetism-seeded) 다공성 물질, 활성화된 탄소, 또는 흡착제로서 사용되는 캐리어에 부착시킴으로써, 자기를 상기 물질에 부가하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템으로 인해, 종래 기술에 비하여 매우 낮은 설비 비용, 작은 공간, 단순한 동작성, 고속 처리, 고효율, 및 개선된 처리 등의 이점을 얻을 수 있다. 또한, 자기 흡착제는 회수되어, 재생된 다음 재활용될 수 있는데, 그것은 시스템의 효율 및 비용면의 성능을 향상시킨다.

또한, 복수의 단일 유닛 자기 필터로 구성되는 착탈 가능하게 조립된 멀티 유닛 자기 필터가 상기 초전도 자석의 보어 내에 제공되며, 상기 멀티 유닛 자기 필터는 상기 초전도 자석의 종방향 길이와 적어도 같거나 그보다 큰 종방향 길이를 가지고 있어서, 초전도 자석의 여기 동안에도 자장의 감소없이, 하류 쪽으로부터 차례로 깨끗한 단일 유닛 자기 필터를 밀어 넣음으로써 상류 쪽으로부터 순차적으로 단일 유닛 자기 필터를 분리하고, 분리된 단일 유닛 자기 필터를 세척하여 하류로 복귀시키기가 용이하다.

이하, 작동 원리에 대해 더욱 상세히 설명하고자 한다. 기본적으로, 멀티 유닛 자기 필터의 종방향 중심이 초전도 자석에 의해 발생된 자장의 길이방향 중심에 위치되는 것이 가장 안정한 상태이다. 따라서, 그러한 가장 안정한 상태에 있는 멀티 유닛 자기 필터가 약간 종방향으로 이동하게 되면, 자장의 중심으로 강하게 다시 끌려진다. 이 상태에서도, 하나의 단일 유닛 자기 필터가 하류 쪽으로부터 밀어 넣어지면, 멀티 유닛 자기 필터는 하류 쪽에서 길이가 길어지게 되고, 멀티 유닛 자기 필터의 종방향 중심은 하류 쪽으로 시프트되며, 따라서, 더욱 안정한 상태를 달성하기 위해 필터를 상류 쪽으로 끄는 인력이 발생된다. 그 결과, 단일 유닛 자기 필터가 상류 쪽으로 밀어내어지고, 그것은 단일 유닛 자기 필터를 멀티 유닛 자기 필터로부터 분리하는 것을 쉽게 한다.

또한, 다른 실시예에 따르면, 멀티 유닛 자기 필터의 상류 쪽으로부터 분리된 단일 유닛 자기 필터는 처리 탱크 내에서 초음파 세척 장치 등에 의해 세척되어 자기 흡착제를 처리 탱크로 직접 복귀시키며, 따라서, 흡착제는 효율적으로 회수, 재생 및 재활용될 수 있다.

또한, 또 다른 실시예에 따르면, 생물학적 활성화된 탄소와 같은 미생물 부착 자기 캐리어가 흡착제로서 사용되고, 슬러지를 탱크의 밖으로 꺼내지 않고 탱크 내에 유지하여, 흡착 및 생분해의 두 가지 기능으로 사용할 수 있다. 따라서, 고속 및 개선된 처리가 고효율 및 저비용으로 달성된다. 또한, 생물학적 활성화된 탄소의 표면에 부착된 미생물 역시 활성화된 탄소의 표면 상의 기공을 막는 유기물질을 분해하고, 활성화된 탄소의 흡착 또는 흡수 성능을 재생한다. 따라서, 활성화된 탄소의 교체 빈도는 감소될 수 있다.

또한, 서로 연결되고 상기 초전도 자석의 보어를 통해 종방향으로 이동 가능한 한 쌍의 자기 필터를 포함하여, 하나의 자기 필터가 폐수 처리를 위해 상기 보어 내에 위치하고 있는 동안에, 다른 자석 필터는 상기 보어 밖에서 역세척되도록(스위치백형) 구성된 시스템의 다른 실시예에 따르면, 폐수 처리는 자기 필터를 스위칭하기 위해 필요한 시간의 손실 없이 수행될 수 있고, 상류 쪽으로부터 단일 유닛 자기 필터를 분리하여 세척한 다음 하류 쪽으로 복귀시키는 기구를 제공할 필요가 없다. 또한, 스위치백형 자기 필터는 폐쇄된 용기 내에 배치되고, 따라서, 대장균(Escherichia coli 0157) 등 박테리아 또는 내분비 교란 화학 약품 등 독성물 질이 포착되어도, 탱크 내에서 필요한 처리를 수행하고, 그것들을 확산시키지 않은채 분리해낼 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수 처리 시스템의 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 폐수 처리 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.

도 3은 본 발명에 따른 폐수 처리 시스템에 의해 수행된, COD의 상승을 야기하는 물질에 대한 분리 테스트의 결과를 도시하는 그래프이다.

도 4는 본 발명에 따른 폐수 처리 시스템에 사용된 멀티 유닛 자기 필터와, 단일 유닛 자기 필터용 이송 및 세척 장치의 개략도이다.

도 5는 단일 유닛 자기 필터의 개략도로서, 도 5의 (a)는 정면도이고, 도 5의 (b)는 도 5의 (a)의 B-B' 선을 따른 단면도이다.

도 6은, 단일 유닛 자기 필터에 부착된 흡착제가 처리 탱크 내의 초음파 세정 장치에 의해 릴리스되고 탱크로 직접 복귀되는, 본 발명에 따른 다른 실시예의 개략도이다.

도 7은 본 발명에 따른 스위치백 타입 초전도 자기 분리기의 개략도이다.

도 8은, 사용된 멀티 유닛 자기 필터가 13개의 자기 필터 카셋으로 구성되고(도 8의 (a)), 각각의 자기 필터 카셋은 4개의 자기 필터로 구성된 조립형 카셋인(도 8의 (b)), 본 발명에 따른 멀티 유닛 자기 필터를 사용하여 수행된 자기 분리의 실험을 도시하는 개략도이다.

본 발명에 따른 폐수 처리 시스템은 폐수 중의 분리되어야 할 물질에 자기를 부가하는 자기 부가 수단, 및 자기 부가된 물질을 솔레노이드형 초전도 자석에 의해 발생된 자장에 의해 수집함으로써, 상기 물질을 상기 폐수로부터 분리하는 초전도 자기 분리 수단을 포함한다.

솔레노이드형 초전도 자석 내에서 축방향으로 흐르는 폐수 중의 분리되어야 할 자기 부가된 물질만 초전도 자석에 의해 발생된 자장에 의해 자석 보어 내의 벽에 부착될 수 있다. 자기 물질이 자장 내에 배치되지 않은 공기-코어 솔레노이드형 자석을 사용하는 그러한 자기 분리기는 또한 "개방형 필터 시스템"이라고 지칭된다.

본 발명에 의해 처리된 폐수는 제지공장, 식료품 공장, 반도체 공장, 화학 제품 공장, 염료 공장, 도금 공장 등 여러 가지 공장으로부터의 폐수를 포함하지만, 이것들에 제한되지는 않는다. 예로서, 일상 생활에서 발생된 폐수, 학교 플랜트 또는 연구소 등으로부터 배출된 폐수도 처리될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "폐수"는 또한 예로서 강물, 지하수 등을 포함할 수도 있다. 그러한 폐수는 오수 처리 플랜트 또는 정수 플랜트에 의해 수집되고 정화된다. 따라서, 정수 플랜트에 의한 정화 처리 역시 본 명세서에 사용된 "폐수 처리"에 포함된다.

폐수로부터 분리되어야 할 물질에는 다양한 물질, 예로서, 제지공장, 재활용지 제조 플랜트, 등으로부터 배출된 폐수 내에 포함된 염료, 안료, 접착제, 셀룰로스, 응고제, 등(COD를 상승시키는 물질), 반도체 공장으로부터 배출된 폐유체에 포 함된 SiC 및 SiO₂ 등 무기물질, 남조류(blue-green algae) 등 생물학적 물질을 포함하는 비자성 물질, 중유, 금속 이온 등이 포함될 수 있다. 이러한 물질들은 단지 예로서 인용되었을 뿐이고, 그것들에 제한되는 것은 아니다. 분리되어야 할 물질에는 또한 예로서 대장균(Escherichia coli 0157) 등 박테리아 또는 내분비 교란 화학 약품 등 독성물질이 포함될 수 있다.

분리되어야 할 물질에 대한 자기(또는 자화)의 부가는 예로서 콜로이드 화학적 자기 시딩 방법, 기계화학적 자기 시딩 방법, 전자화학적 자기 시딩 방법 등에 의해 수행될 수 있다. 콜로이드 화학적 자기 시딩 방법에서, 예로서, 철 산화물의 콜로이드가 분리될 물질에 ol-다이제이션(ol-dization) 또는 oxo-다이제이션(oxo-dization)에 의해 부착되거나, 분리될 물질이 철 수산화물의 침전 또는 공동 침전에 의해 산화된다. 기계화학적 자기 시딩 방법에서, 철 칩(iron chip) 등과 같은 자기 물질은 분리될 물질에 기계적으로 부착된다.

또는, 자기는 콜로이드 화학적 자기 시딩 방법, 기계화학적 자기 시딩 방법, 전자화학적 자기 시딩 방법 등에 의해 미리 흡착제에 시딩될 수 있고, 그런 다음 물질을 흡착제에 흡착시킴으로써(흡착 또는 흡수) 분리될 물질에 자기가 부착될 수 있다. 흡착제에는 자철광, 세라믹 다공성 물질, 제올라이트 다공성 물질, 활성화된 탄소, 플라스틱 캐리어, 등이 포함될 수 있다. 흡수제를 다공성 물질로 만들면 흡착 및/또는 흡수 효율을 높일 수 있다.

본 발명에 따른 초전도 자기 분리 수단은 높은 구배의 자장(폐쇄 필터형)을 발생시키기 위해 미세 자기 와이어가 자장 내에 배치되도록 구성될 수 있다. 폐수 내의 자기 부가된 물질은 이러한 높은 구배의 자장의 작용 하에서 미세 자기 와이어에 부착된다. 이러한 방법에서, 자장 내에 배치된 미세 자기 와이어는 높은 구배의 자장을 발생할 수 있게 하여, 분리될 물질에 작용하는 자력은 강화되어 더욱 효율적인 처리를 얻는다.

침전 탱크는 자기 부가 수단과 자기 분리 수단 사이에 배치되어 침전 물질을 폐수로부터 분리할 수 있어, 분리의 효율을 향상시킨다.

폐쇄 필터형의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 미세 자기 와이어와 같은 자기 물질로 제조된 복수의 자기 필터("단일 유닛 자기 필터")로 구성된 착탈 가능하게 조립된 멀티 유닛 자기 필터를 포함할 수 있고, 멀티 유닛 자기 필터은 초전도 자석의 보어 내에 배치되고, 초전도 자석의 종방향 길이와 적어도 같거나 그보다 큰 종방향 길이를 갖는다. 그러한 구조는, 하류 쪽으로부터 깨끗한 단일 유닛 자기 필터를 하나씩 밀어 넣음으로써, 분리될 더욱 많은 물질이 포착되는 상류 쪽에서 순차적으로 단일 유닛 자기 필터를 분리하고, 초전도 자석의 여기 동안에도(즉, 자장의 발생 동안에) 분리된 필터를 세척하고 하류 쪽으로 다시 복귀시키는 것이 쉽다는 이점을 갖는다. 이 동작 원리는 위에서 기술되었다. 이것은 단일 유닛 자기 필터를 세척하기 위해 자기 분리 처리를 중단하지 않고 연속적 처리를 가능하게 한다.

종래의 초전도 자기 분리에서, 자석 내에 포착된 물질을 분리하기 위해, 여기된 초전도 자석은 물질을 분리하기 위해 한 동안 정지되어야만 하고, 다음에 다 시 여기되어야만 하여, 그 효율은 매우 낮다. 이것은, 자기 필터가 자석의 동작 동안에 초전도 전자석에 의해 발생된 자장의 중심에 강하게 유지되어, 자석의 여기 동안에 자석의 보어의 밖으로 자기 필터를 분리하는 것이 어렵기 때문이다. 이러한 이유로, 초전도 자석은 자기 필터를 분리, 세척 및 재장착하거나 자석 보어 내에 배치된 필터를 역세척하기 위해 한 동안 정지되어야만 한다. 이러한 단점은 본 발명의 장치에 의해 극복된다.

본 발명에 따른 폐수 처리 시스템은, 초전도 자석의 여기 동안에, 상기 멀티 유닛 자기 필터의 하류 쪽으로부터 깨끗한 단일 유닛 자기 필터를 순차적으로 밀어 넣음으로써 상기 단일 유닛 자기 필터가 상기 멀티 유닛 자기 필터의 상류 쪽으로부터 순차적으로 분리되고, 세척되 다음 상기 하류 쪽으로 다시 복귀되도록 구성된 이송 및 세척 수단을 더 포함할 수 있다. 세척을 위해서, 필터의 표면에 부착된 물질을 공기 흡입에 의해 흡입하는 흡입 세정 방법, 필터를 가압수에 의해 세척하는 제트 세척 방법, 초음파 세정 방법, 버블 세정 방법, 및 그들의 임의의 조합 등 임의의 세척 방법이 옵션으로서 채택될 수 있다.

바람직하게는, 상기 이송 및 세척 수단이, 초음파 세정 장치가 처리 탱크 내에 설치되고, 상기 멀티 유닛 자기 필터의 상류 쪽으로부터 분리된 상기 단일 유닛 자기 필터가 처리 탱크 내에서 상기 세정 장치로 이송되며, 부착된 흡착제가 릴리스되고 처리 탱크로 직접 복귀되도록 구성될 수 있다. 활성화된 탄소, 세라믹 다공성 물질, 및 세라믹 또는 플라스틱 캐리어와 같은 흡착제는 처리 탱크로 직접 복귀되기 때문에, 흡착제는 효율적으로 회수, 재생 및 재활용될 수 있다.

흡착제가 처리 탱크로 직접 복귀되는 실시예에서, 미생물 부착된 캐리어, 예로서, 미생물이 부착된 표면을 가진 활성화된 탄소(즉, 생물학적 활성화된 탄소)를 흡착제로서 사용하는 것도 가능하다. 생물학적 활성화된 탄소는 분리될 물질의 생분해 기능, 흡착 또는 흡수 기능을 가지며, 따라서, 유기 물질은 처리 탱크 내에서 분해되고, 그것은 자기 분리의 도움을 받아 정화의 성능을 향상시킨다. 또한, 활성화된 탄소의 표면상의 기공이 막히게 하는 유기물질은 생물학적 활성화된 탄소의 생분해의 기능에 의해 분해되어 활성화된 탄소를 재생하고, 따라서, 활성화된 탄소의 교체의 빈도는 감소된다.

다른 실시예에 따르면, 멀티 유닛 자기 필터 대신에, 서로 연결되고 초전도 자석의 보어를 통해 종방향으로 이동 가능한 한 쌍의 자기 필터가, 한 자기 필터가 자석의 보어 내에서 폐수 처리용으로 사용되는 동안에, 다른 자기 필터가 보어 밖에서 역세척될 수 있도록("스위치백형"이라고 지칭됨) 교대적으로 사용될 수 있다. 그러한 구조는, 폐수 처리가 시간의 손실 없이 효율적으로 수행될 수 있고, 상류 쪽으로부터 단일 유닛 자기 필터를 분리하고 세척하여 하류 쪽으로 복귀시키는 이송 및 세척 수단을 필요로 하지 않는다는 이점을 가진다. 또한, 스위치백형 자기 필터는 폐쇄된 용기 내에 배치된다. 따라서, 대장균(Escherichia coli 0157)과 같은 박테리아, 내분비 교란 화학 약품 등 독성물질이 포착되어도, 확산 없이 필요한 처리 후에 그것들을 꺼낼 수 있어, 높은 안전성이 달성될 수 있다.

(실시예)

본 발명의 실시예가 아래에서 도면을 참조하여 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 폐수 처리 시스템의 실시예의 개략도이다. 먼저, 공장 등으로부터 배출된 폐수(1)는 필터(6)를 통해 자기 부가(또는 자화 또는 자기 시딩(seeding)) 장치(2)로 통과된다. 자기 부가 장치(2)에서, 자기는 교반 동안에 흡착 작용 하에 폐수 내에서 자기 흡착제(5)에 접착제 등에 포함된 염료, 안료, 유기물질(즉, 분리되어야 할 물질)을 부착시킴으로써 염료, 안료, 유기물질에 첨가된다. 또는, 자기 부가 장치(2)에서, 자기는 흡착제(5)를 사용하는 대신에 콜로이드 화학 자기 시딩 방법 또는 기계화학 자기 시딩 방법에 의해 물질에 직접 첨가 또는 시딩될 수 있다.

분리되어야 할 자기 부가되거나 자기 시딩된 물질을 포함하는 폐수는 초전도 자기 분리기(3)로 이송되고, 솔레노이드형 초전도 자석에 의해 발생된 고강도 및 높은 구배(high-gradient) 자장을 통과한다. 솔레노이드형 자석의 자장에 배치된 미세 자기 와이어를 갖지 않은 개방형 필터 시스템의 경우에, 자기 부가된 물질은 자석 보어 내의 파이프 벽에 부착된다. 자장 내에 배치된 미세 자기 와이어를 가진 폐쇄형 필터 시스템의 경우에, 자기 부가된 물질은 미세 자기 와이어에 부착된다. 그렇게 분리된 물질(4)로부터, 자기 흡착제(5)는 회수되고, 재생되며, 재활용되고, 나머지는 버려진다. 분리된 물은 하수 설비로 배출되거나 재활용된다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 추가적 침적 탱크(7)가 자기 부가 장치(2)와 자기 분리기(3) 사이에 배치된다는 점에서 도 1의 실시예와 다르다. 침적 탱크(7)에서, 분리될 물질은 물질의 침적에 의해 물로부터 분리된다.

도 3은 폐수 내의 COD를 상승시키는 물질에 대한 분리 테스트의 결과를 도시한다. 테스트는 본 발명에 따른 폐수 처리 시스템에 의해 수행되었다. 원 폐수 내의 COD를 상승시키는 물질의 농도는 약 150 mg/l이었다. 전처리 필터(도 1에서 도면부호 6으로 표시됨)에 의한 제1 분리 후에, 농도는 약 70mg/l이었다. 자기 부가 후에 침적 탱크(도 2에서 도면부호 7로 표시됨)에 의한 제2 분리 후에, 농도는 약 40mg/l이었다. 자기 분리(도 2에서 도면부호 3에 의해 표시됨) 후에, 농도는 약 20mg/l이었다. 따라서, 이러한 결과들은 본 발명에 따른 폐수 처리 시스템에 의한 양호한 분리 성능을 나타낸다.

도 4는 본 발명에 따른 폐수 처리 시스템에 사용된 멀티 유닛 자기 필터(31)와, 멀티 유닛 자기 필터(31)를 구성하는 단일 유닛 자기 필터(32)를 세척하는 방법을 도시한다. 멀티 유닛 자기 필터(31)는 복수의 단일 유닛 자기 필터(32)로 구성된 분리 가능하게 조립된 필터이다. 멀티 유닛 자기 필터의 종방향 길이는 초전도 자석(30)의 종방향 길이와 적어도 같거나 그보다 크다. 아래에서 상세하게 설명되듯이, 단일 유닛 자기 필터의 위치가 상류 쪽(폐수 유입 측)에 접근할 때, 분리될 물질은 멀티 유닛 자기 필터(31) 내에 더 많이 포착된다. 따라서, 바람직하게는, 단일 유닛 자기 필터(32)는, 하류 쪽으로부터 차례로 다른 단일 유닛 자기 필터(32)를 밀어 넣음으로써 순차적으로 분리되고, 세척된 다음, 하류 쪽으로 복귀된다. 단일 유닛 자기 필터(32)가 상류 쪽으로부터 분리될 때, 예로서, 자석의 종방향에 수직한 방향으로 밀린다. 세척을 위해, 버블 세척, 초음파 세척, 제트 세척, 흡수 세척 및 그들의 임의의 조합 등 임의의 세척 방법이 옵션으로서 사용될 수 있다.

멀티 유닛 자기 필터(31)는 전체 길이가 초전도 자석(30)의 전체 길이와 같거나 그보다 큰데, 그것은, 하류 쪽으로부터 다른 단일 유닛 자기 필터(32)를 하나씩 밀어 넣음으로써 상류 쪽으로부터 단일 유닛 자기 필터(32)를 순차적으로 꺼내고, 초전도 자석(30)의 여기 동안에도 세척 후에 하류 쪽으로 다른 단일 유닛 자기 필터(32)를 복귀시키는 것을 쉽게 한다. 이것은, 멀티 유닛 자기 필터의 종방향 중심이 초전도 자석의 자장의 종방향 중심에 위치될 때 가장 안정한 상태가 얻어진다는 성질에 기초한다. 구체적으로는, 하나의 단일 유닛 자기 필터가 하류 쪽으로부터 밀어 넣어질 때, 멀티 유닛 자기 필터의 길이는 하류 쪽으로 향해 연장되고, 종방향 중심은 하류 쪽으로 향해 시프트되며, 따라서, 멀티 유닛 자기 필터는 더욱 안정한 상태를 위해 상류 쪽으로 향해 끌려진다. 그 결과, 단일 유닛 자기 필터는 상류 쪽에서 밀려나오는데, 그것은 단일 유닛 자기 필터를 멀티 유닛 자기 필터로부터 분리하는 것을 쉽게 한다.

도 5는 멀티 유닛 자기 필터(31)의 하나의 단일 유닛 자기 필터(32)를 하나의 예로서 도시한다. 자기 재료로 제조된 와이어 네팅(34)은 필터 케이스(50)에 세팅되고, 필요시에는 지지부(35)에 의해 지지된다. 와이어 네팅(34)의 메시 사이즈, 필터의 직경 및 두께는 처리 대상물 및 처리 파워에 기초하여 옵션으로서 결정될 수 있다. 와이어 네팅은 파일 내에 세팅 및/또는 분리 가능하게 세팅될 수 있다.

자력이 와이어 네팅(34) 등 자기 물질에 적용되어 와이어 네팅(34)을 자장 내의 자장선의 방향을 따라 배열되게 한다. 그 결과, 하나의 단일 유닛 자기 필터가 솔레노이드 자석의 보어 내에 위치되면, 그것은 축방향으로 따라 놓이도록 강제된다. 따라서, 연속적으로 조립된 단일 유닛 자기 필터(32) 사이에 조금이라도 공간이 있으면, 단일 유닛 자기 필터가 놓이게 되는데, 그것은 근접 멀티 유닛 형태를 막는 위험성을 포함한다. 이것을 피하기 위해, 바람직하게는, 자기 재료로 제조된 필터 케이스(50)를 사용하거나 대신에 필터 케이스(50)에 자기 재료의 적절한 수의 축방향 로드(rod)를 고정시킴으로써 축방향 안정성이 강화된다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 멀티 유닛 자기 필터(31)를 사용하는 폐수 처리 시스템에서, 활성화된 탄소 및 다공성 재료 등 흡착제(37)가 초음파 세척 장치(36)에 의해 단일 유닛 자기 필터(32)로부터 처리 탱크(51) 내에 릴리스되고, 탱크 내로 직접 복귀된다("흡착제 유지형 자기 필터 시스템"이라고 지칭된다). 흡착제(37)는 처리 탱크(51)로 직접 복귀되기 때문에, 예로서, 처리 탱크(51)의 바닥에 배치된 흡착제(37)를 회수하고, 재생하며 재활용하는 것이 쉽다.

그러한 구조에서, 생물학적 활성화된 탄소가 흡착제로서 사용되는 경우에, 물을 정수하기 위해, 활성화된 탄소에 의해 수행되는 흡착기능과 활성화된 탄소 입자의 표면상에 형성된 미생물층에 의해 수행되는 생분해 기능을 둘 다 사용할 수 있다. 따라서, 유기물질은 소량의 활성화된 탄소에 의해 효율적으로 분리될 수 있다. 활성화된 탄소의 표면상의 기공을 막는 유기물질 역시 생분해되어 활성화된 탄소를 재생하고, 따라서, 활성화된 탄소를 교체하는 빈도는 감소될 수 있다(예로서, 3년에 한 번). 그러한 처리 방법에 있어서, 본 발명에 따른 멀티 유닛 자기 필터를 사용하는 자기 분리는 생물학적 활성화된 탄소에 의한 생분해 프로세스와 결합된다("자기 분리형 생물학적 활성화된 탄소 처리 방법"이라고 지칭됨).

한편, 종래 기술의 생물학적 활성화된 탄소 처리 방법에서, 생물학적 처리 탱크로부터 활성화된 탄소의 유출을 방지하는 것이 필요하기 때문에 처리 속도(흐름 속도)는 많이 상승될 수 없다. 반면에, 본 발명에 따른 자기 분리형 생물학적 활성화된 탄소 처리 방법에서는, 자기 분리기는 생물학적 처리 탱크로부터의 정화된 물의 출구에 위치되며, 따라서, 그러한 구조는 약 10-20 cm/s의 흐름 속도를 가진 처리 파워를 제공한다. 처리 탱크의 용량은 처리 탱크 내의 물의 잔류 시간이 약 10분이 되도록 결정될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 자기 분리형 생물학적 활성화된 탄소 처리 방법은 매우 높은 처리 속도, 시스템의 사이즈 감소(예로서 종래 기술의 시스템에 비해 1/10), 및 종래 기술의 생물학적 활성화된 탄소 처리 방법에 비해 낮은 비용을 제공한다.

도 7은 본 발명에 따른 스위치백형 자기 분리기를 도시한다. 비자성 또는 약한 자기 튜불러 용기(39)는 칸막이판(43)에 의해 중심에서 2개의 챔버(44, 45)로 구획된다. 각각의 챔버(44, 45)는 분리벽(42)에 의해 전방 통로부(40)와 후방 통로부(41)로 분할된다. 각각의 전방 통로부(40)에는 자기 필터(38)가 설치된다. 자기 필터(37)로서, 복수의 단일 유닛 자기 필터로 구성된 조립형 멀티 유닛 자기 필터, 통합형 자기 필터 등을 옵션으로서 채택하는 것이 가능하다. 튜불러 용기(39) 전체는 임의의 적절한 구동 수단(도시되지 않음)에 의해 초전도 자석(30)의 보어 내에서 화살표 A로 표시된 종방향으로 이동될 수 있다. 각각의 챔버(44, 45)에는 원 폐수의 입구와 처리된 폐수의 출구가 설치된다. 입구로부터의 폐수는 여과를 위해 전방 통로부(40)에 배치된 자기 필터(38)를 통해 통과되고, 출구로부터 배출하기 위해 후방 통로부(41)를 통해 통과된다. 밸브(도시되지 않음)의 적절한 동작에 의해, 한 챔버로의 원 폐수의 유입은 정지되어 다른 챔버로의 유입이 가능하게 한다. 한 챔버를 자장의 밖으로 이동시킨 후, 밸브(도시되지 않음)를 적절하게 동작시키면 자기 필터(38)를 역세척하기 위해 세척수를 출구로부터 후방 통로부(41)를 통해 전방 통로부(40)로 공급할 수 있고, 세척 후에 슬러지 함유 물을 입구로부터 배출할 수 있다. 버블링 공기 공급 파이프는 세척 파워를 강화하기 위해 자기 필터(38) 근처에 설치된다.

그러한 스위치백형 자기 분리기의 경우에, 사용중인 한 자기 필터를 세척하는 것이 필요하면, 자기 필터를 수용하는 용기(39)는 구동 수단에 의해 이동되어 역세척을 위해 자기 필터를 초전도 자석(30) 밖으로 끌어내고, 여과를 위해 다른 자기 필터를 초전도 자석의 보어 내에 위치시킨다. 여과 동안에, 사용된 자기 필터는 역세척된다. 이러한 방법으로, 자기 필터는, 한 자기 필터가 여과를 위해 사용되는 동안에, 다른 자기 필터는 역세척되는 방법으로, 교대로 사용하기 위해 스위칭될 수 있어, 매우 효율적이다. 또한, 자기 필터는 폐쇄된 용기 내에 배치되어, 필터가 대장균(Escherichia coli 0157) 등 박테리아 또는 내분비 교란 화학 약품 등 독성물질을 포착할 때에도, 자기 필터를 필요한 처리 후에 꺼낼 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 멀티 유닛 자기 필터에 의해 수행된 자기 분리의 실험의 구성을 도시한다. 도 8의 (a)에 도시되었듯이, 조립형 멀티 유닛 자기 필터 (31)는 13개의 자기 필터 카셋(46)(유입측으로부터 각각 (1), (2) ...(13)으로 표시됨)으로 구성된다. 도 8(b)에 도시되었듯이, 자기 필터 카셋(46)은 각각 4개의 자기 필터(47)로 구성되고, 폭이 1cm인 스페이서(48)가 각각의 자기 필터(47) 사이에 배치된다.

(실험 1)

3T의 자기 필터가 초전도 자석(30)에 의해 발생되었고, 50g의 자철광(磁鐵鑛)("ISETITE")이 부가된(즉, 중량비로 5%의 농도) 10 리터의 물이 여과를 위해 상류 쪽으로부터 800 톤/일(즉, 8 cm/초)의 유량으로 통과되었다. 여과 후에, 자장은 자기 필터 카셋을 주의 깊게 분리하기 위해 감소되었고, 각각의 카셋에 부착된 자철광의 양이 측정되었다. 그 결과는 표 1에 도시되었다. 표 1로부터 알 수 있듯이, 상류 쪽에 가까이 위치된 자기 필터 카셋에 의해 더 많은 양의 자철광이 포착되었고, 자철광의 약 70%가 카셋(1, 2)에 의해 회수되었다.

표 1

카셋 번호	포착된 자철광 (g)	퍼센티지 (%)
(1)	18.3456	36.7
(2)	17.4468	34.9
(3)	3.2045	6.4
(4)	1.3614	2.7
(5)	0.6354	1.3
(6)	0.3211	0.6
(7)	0.1432	0.3
(8)	0.0933	0.2
(9)	0.0710	0.1
(10)	0.0530	0.1
(11)	0.0359	0.1
(12)	0.0204	0.0
(13)	0	0.0
전체	41.7599	83.5

실험 1과 유사하게, 3T의 자장이 초전도 자석에 의해 발생되었고, 여과를 위 해 자철광 함유 물이 통과되었다. 여과 후에, 자장을 감소시키지 않고, 전체 7개의 카셋이 상류 쪽으로부터 카셋(1-7)을 순차적으로 꺼내기 위해 하류 쪽으로부터 하나씩 밀어 넣어졌다. 표 2로부터 알 수 있듯이, 카셋(1, 7)에 의해 포착된 자철광의 양은 실험 1에서의 자철광의 양과 대략적으로 동일하였고, 자철광의 약 70%가 상류 쪽에 위치된 카셋(1, 2)에 의해 회수될 수 있었다. 이것은, 초전도 자석의 여기 동안에도, 자기 카셋에 부착된 자철광은 자철광을 초전도 자석에 부착시킴이 없이 원활하게 분리 및 분리될 수 있다는 것을 나타낸다.

표 2

카셋 번호	포착된 자철광 (g)	퍼센티지 (%)
(1)	18.8518	37.7
(2)	18.5678	37.1
(3)	3.1032	6.2
(4)	1.3784	2.8
(5)	0.6388	1.3
(6)	0.2903	0.6
(7)	0.1609	0.3
전체	42.9912	86.0

본 발명의 폐수 처리 시스템에 의하면, 종래의 활성화된 슬러지에 의한 폐수 처리에 포함된 문제점을 해결할 수 있고, 저비용, 작은 공간, 고효율 및 고속으로 개선된 처리를 달성할 수 있다.

또한, 본 발명의 폐수 처리 시스템에 의하면, 종래 기술의 범용 초전도 자기 분리기에서, 자기 필터를 세척하기 위해, 자기 필터를 역세척하거나 필터를 분리하고, 세척하며 재장착하기 위해 한 동안 초전도 자석이 정지되어야만 하고, 자석은 다시 여기되어야만 한다는 문제점을 해결하여, 자기 필터를 효율적으로 세척할 수 있다.

Claims (6)

1. 폐수 중의 분리되어야 할 물질에 자기를 부가하는 자기 부가 수단, 및 자기 부가된 물질을 솔레노이드형 초전도 자석에 의해 발생된 자장을 통해 수집함으로써, 상기 물질을 상기 폐수로부터 분리하는 초전도 자기 분리 수단을 포함하는 폐수 처리 시스템에 있어서,

   상기 자기 부가 수단은, 상기 물질을 자기-시드된(magnetism-seeded) 다공성 물질, 활성화된 탄소, 또는 흡착제로서 사용되는 캐리어에 부착시킴으로써, 자기를 상기 물질에 부가하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
2. 폐수 중의 분리되어야 할 물질에 자기를 부가하는 자기 부가 수단, 및 자기 부가된 물질을 솔레노이드형 초전도 자석에 의해 발생된 자장을 통해 수집함으로써, 상기 물질을 상기 폐수로부터 분리하는 초전도 자기 분리 수단을 포함하는 폐수 처리 시스템에 있어서,

   상기 초전도 자기 분리 수단은, 상기 초전도 자석의 보어 내에, 복수의 단일 유닛 자기 필터로 구성되는 착탈 가능하게 조립된 멀티 유닛 자기 필터를 포함하며, 상기 멀티 유닛 자기 필터의 종방향 길이는 상기 초전도 자석의 종방향 길이 이상인 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
3. 제2항에 있어서,

   상기 초전도 자석의 여기 동안에, 상기 멀티 유닛 자기 필터의 하류 쪽(청수 쪽)으로부터 하나의 단일 유닛 자기 필터를 밀어 넣음으로써 상류 쪽(오수 쪽)으로부터 단일 유닛 자기 필터를 분리하고, 상기 분리된 필터를 세척하여 상기 하류 쪽으로 다시 복귀시키는 이송 및 세척 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
4. 제3항에 있어서,

   상기 자기 부가 수단은, 상기 폐수 중의 상기 물질을 처리 탱크 내에서 상기 자기-시드된 흡착제에 부착시킴으로써, 분리되어야 할 상기 물질에 자기를 부가하고,

   상기 단일 유닛 자기 필터의 상기 세척은 상기 처리 탱크 내에서 수행되어, 상기 단일 유닛 자기 필터에 부착된 흡착제는 릴리스되고 상기 처리 탱크로 직접 복귀되는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
5. 미생물 고정화 방법(microorganism immobilization method)에 기초한, 제4항에 기재된 폐수 처리 시스템에 있어서,

   상기 흡착제는 미생물 부착 캐리어인 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.
6. 폐수 중의 분리되어야 할 물질에 자기를 부가하는 수단, 및 자기 부가된 물질을 솔레노이드형 초전도 자석에 의해 발생된 자장을 통해 수집함으로써, 상기 물 질을 상기 폐수로부터 분리하는 초전도 자기 분리 수단을 포함하는 폐수 처리 시스템에 있어서,

   상기 초전도 자기 분리 수단은, 서로 연결되고 상기 초전도 자석의 보어를 통해 종방향으로 이동 가능한 한 쌍의 자기 필터를 포함하며, 상기 이동은, 하나의 자기 필터가 상기 자석의 상기 보어 내에서 폐수 처리를 위해 사용되는 동안에 다른 자기 필터는 상기 보어 밖에서 역세척되도록, 교대적 사용을 위해 상기 자기 필터의 스위칭을 가능하게 하는 것을 특징으로 하는 폐수 처리 시스템.

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